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1、明渠缓流中，工程上常需要修建为控制水位或流量的障壁等水工建筑物，这些构筑物称为堰，水经过堰顶发生溢流的水力现象称为堰流。堰流的各项特征量如图 7-1 所示，图 7-1 堰流 图中，B为上游渠道宽；b为堰宽；H为堰上水头；p为堰上游坎高；为堰顶厚度；h为堰下游水深；p为堰下游坎高。堰流具有如下的水力特征：（1）堰的上游水流受到堰壁的阻挡，水面雍高，势能增大；堰顶水深变小，流速变大，使动能增大，在势能转化为动能的过程中，水面有下跌的现象；（2）堰流一般从缓流向急流过渡，形成急变流。所以，堰流在水力计算时只考虑局部水头损失，不计沿程水头损失；（3）水流流过堰顶时由于惯性力的作用，会脱离堰；由于表面张
2、力的作用，具有自由表面，水流会收缩。据堰顶宽度与堰上水头 H 的比值对堰进行分类：（1）薄壁堰（/H 0.67），水流由于受到堰壁的阻挡，水流由于惯性力的作用，流速方向向上弯曲，水流离开堰顶后，在重力作用下回落。堰顶与水流只有一条线的接触，堰款对水流无影响；见图 7-2。H H 图 7-2 薄壁堰 图 7-3 宽顶堰 图 7-4 实用堰（2）实用堰（0.67/H 2.5），堰顶宽度对水流有一定影响，水流形成一连续降落状；根据剖面的形状不同，有曲线形和剖面形两种，见图 7-4。（3）宽顶堰（2.5/H 0），堰顶宽度对水流有显著影响，在堰顶一次跌落后形成一段与堰顶近乎平行的水流；如下游水位较低，
3、水流在流出堰顶时将产生第二次跌落；见图 7-3。当 10H 时，此时沿程水头损失不能忽略不计，不用用堰流理论来解决，只能用明渠流理论解决。7.1 堰流的基本公式【学习目标】了解堰流公式的推导，熟悉堰流的基本公式，掌握淹没影响和侧收缩影响。7.1.1 基本公式 图 7-5 宽顶堰示意图 以宽顶堰为例，推导无侧向收缩堰流的基本公式。假定堰顶收缩断面（2-2 断面）水流为渐变流，以堰顶 0-0 断面为基准面，列堰前 1-1 断面和堰顶 2-2 断面能量方程。gvgvhgvHcccc22020220200 （7-1）设作用水头gvHH22000；而堰顶收缩断面水深0ch与作用水头0H有关，可以设00k
4、Hhc，k为修正系数，与堰口形状和过流断面的变化有关；0为断面平均动能修正系数；为局部阻力系数。所以式（7-1）可以改写为 c gvkHHcc2)(200 （7-2）则收缩断面平均流速为)(2100kHHgvcc （7-3）收缩断面 2-2 过水断面面积bkHbhAc00c，其中 k 为修正系数，则收缩断面流量为 23010010121)(2HgbkkkHHgbkHAvQ（7-4）令流速系数 c1；流量系数kkkkm111。则式（7-4）可改写为 2302 HgmbQ （7-5）式（7-3）及（7-5）为堰流计算的基本公式。适用与于堰流无侧向收缩及无淹没影响，如果堰流存在侧向收缩或堰下游水位对
5、堰流的出水能力产生影响时，可对式（7-3）及（7-5）进行修正。7.1.2 淹没影响 当下游水位高于堰顶，使堰顶水深由小于临界水深变成大于临界水深，从而水流由急流变缓流，这种水流流动称为淹没溢流。淹没影响具有以下特点：堰下游水位高于堰顶水位；过堰水流有急流变成缓流；堰的过水能力下降。形成淹没出流的必要条件是下游水深高于堰顶水深，即0phhs；形成淹没溢流的充分条件是下游水深影响到堰顶水流由急流变成缓流，经试验得到淹没出流的充分条件是，08.0 Hphhs，此时收缩断面的水深增大到 h hk，整个断面为缓流状态，成为淹没出流。由于堰顶水流由急流变成缓流，从而降低了堰顶的过水能力，宽顶堰淹没溢流的
6、过水能力可以通过前述列能量方程的方法求出。引入淹没溢流的影响系数，即淹没系数，则宽顶堰淹没溢流的流量计算公式为 （7-6）式中s为淹没系数，大小取决于淹没程度的不同，与0/Hhs成反比，实验得到s与0/Hhs的关系见表 7-1，表 7-1 宽顶堰淹没系数s 0/Hhs 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 2302 HgmbQss 1.00 0.995 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.93 0.90 0.87 0/Hhs 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 s 0.84 0.82 0.78 0.74 0.70 0.65 0.59 0.50 0.40 7.1.3 侧收缩影响 见图 7-6，当堰宽小于上游渠道宽（Bb）时，则水流流入堰口后，由于过流断面面积变化，水流在惯性的作用下，流线发生弯曲，产生附加的局部阻力，造成过流能力降低。其影响用收缩系数表示，Bb/。图 7-6 侧收缩影响 则宽顶堰有侧收缩的的流量计算公式为 （7-6）式中为收缩系数，与堰宽和渠道的比值Bb/、边墩的进口形状及进口断面变化有关。根据实验得到的经验公式为：（7-6）式中为墩形系数，对于矩形边缘，圆形边缘。2302 HgmbQ)1(2.0143BbBbHp19.010.0